Plastik Kristallerde Devasa Barokalorik Etkiler
Soğutma modern toplumlarda gıda muhafaza ve iklimlendirme için hayati öneme sahiptir. Dünya genelinde elektriğin yüzde 25 ila 30'u soğutma amaçlı tüketilmektedir. Mevcut soğutma teknolojisi çoğunlukla geleneksel buhar sıkıştırma çevrimini içerir, ancak bu teknolojide kullanılan soğutkanların büyük küresel ısınma potansiyeline sahip olmaları nedeniyle çevresel açıdan büyüyen bir soruna yol açarlar. Gelecek vaat eden bir alternatif olarak, barokalorik etkisi yüksek, katı halde bulunan soğutkan kullanılan teknolojiler, son yıllarda dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, uygulamaları; küçük izotermal entropi değişiklikleri, mevcut kalorik materyallerin sınırlı performansı ve pazarın manyetik soğutma tarafındaki güçlü motivasyonu ile kısıtlı kalmaktadır. Buna karşın, plastik kristal denilen düzensiz katı bir sınıfta devasa barokalorik etkiler (CBCE'ler) (barokalorik etkiler, basınca bağlı faz geçişlerinin soğutma etkileridir) rapor edilmektedir.
Çin ve Avrupa'da, iki grup bilimci tarafından, yakın zamanda yapılan bir araştırma; plastik kristallerle oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda, nispeten düşük basınçlarda devasa barokalorik etkilerin elde edilebileceğini göstermiştir. Bu plastik kristaller bir organik molekül kafesi içerir. Basınç altına alınmadan önce, atomlar kafes içinde rasgele salınır. Ancak basınç arttıkça, atomlar oldukça düzenli hale gelir ve kristal yapı içerisinde sıralanır. Basınç düştüğünde, yapı, atomların rasgele salındığı plastik faza geri döner. Soğutma kapasitesi, iki durum arasındaki entropi değişikliğinden kaynaklanmaktadır. Neopentilglikol (NPG) plastik kristalleri, geleneksel bir soğutma sistemindeki soğutucu akışkan gazın rolünü oynar. Entropideki bu büyük düşüş, çok fazla miktarda ısı açığa çıkarır. "Plastik kristalleri"nde "plastik" kelimesi maddenin kimyasal bileşimine değil, işlenebilirliğine işaret etmektedir. Plastik kristaller, katılar ve sıvılar arasındaki sınırdadır.
Şu anda buzdolaplarının ve klimaların büyük çoğunluğunda kullanılan hidroflorokarbonlar ve hidrokarbonlar (HFC'ler ve HC'ler) havaya sızdıklarında, küresel ısınmaya sebep olurlar. Bir kilogram soğutucu akışkanın, iki ton karbondioksit kadar sera etkisine sebep olduğu tahmin edilmektedir. Bu, altı ay boyunca bir arabanın kesintisiz olarak çalıştırılmasının sebep olduğu emisyona denktir. Ayrıca bu gazlar genellikle toksik olabilmektedir. Temas halinde bazı sağlık sorunlarına neden olabilir.
Son on yıl boyunca, bilimciler, soğutma etkisi yaratmak için elektriksel veya manyetik alanlar veya basınç kullanan katı halde materyal kullanan sistemlerinin potansiyelini araştırıyor.
Plastik kristal teknolojisi, dört kademeli buhar soğutma yöntemine benzerdir, ancak atom ölçeğindedir. Basınç, gaz hali sıvıya dönüştürmek yerine bu sistemde plastik kristalin yapısını değiştirmek için kullanılıyor.
Araştırmacılara göre, plastik kristallerinin soğutma etkisi, soğutma etkisi oluşturmak için elektriksel veya manyetik alanlar kullanan diğer katı hal malzemeli sistemlere göre 10 kat daha fazladır.
Araştırmacılar, NPG kristal teknolojisinin gösterdiği soğutma veriminin, çok etkileyici olduğunun altını çizerek, bu araştırmanın belki de gelecekte çok daha gelişmiş, daha çevre dostu bir soğutma teknolojisine sahip olabileceğimizi gösterdiğini söylüyor.
Ancak bu teknolojide bir dezavantaj da bulunuyor. Kristallerin çok sayıda soğutma çevrimine dayanabilmesi gerekiyor. Ama kristal kafesler tekrar tekrar çevrilebilen gazların aksine, zamanla bozuluyor. Plastik kristaller durumlarını basınçla oldukça önemli ölçüde değiştirebiliyor, ancak çok yumuşak oldukları için çok sayıda soğutma çevrimi için dirençli görünmüyor.
Araştırmacılar, bunun kesinlikle çözülmesi gereken bir mühendislik problemi olduğunu, hiç kimsenin 1000 çevrimden sonra çalışamayacak bir buzdolabını almak istemeyeceklerini söylüyor.
Araştırma; Nature Communications dergisinde yayımlandı.